Dispositif pour la mesure d'un champ magnétique
La présente invention, due à M. Charles
Kaplan, est relative à un dispositif pour la mesure d'un champ magnétique, du genre de ceux qui sont utilisés pour la détermination par une seule mesure d'une composante quelconque d'un champ magnétique.
On connaît de tels dispositifs qui contiennent un élément sensible au champ magnétique, et dans lesquels un champ magnétique opposé est créé par un courant traversant un solénoïde qui entoure cet élément sensible, l'intensité du champ étant déterminée par la valeur du courant nécessaire pour ramener au zéro de sa graduation le galvanomètre intercalé dans le circuit de l'élément sensible au champ magnétique.
Un dispositif de ce genre est représenté schématiquement sur la fig. 1. On voit sur cette figure un générateur 1 à courant alternatif qui alimente l'enroulement primaire d'un transformateur 2. 3n et 3b représentent deux solénoïdes identiques, à l'intérieur desquels se trouvent respectivement les noyaux 9a et 9b en alliage ferromagnétique à grande perméabilité initiale, c'est-à-dire un alliage qui se sature pour un très faible champ. Des alliages présentant cette caractéristique sont connus sous le nom de a Mumetal . Une extrémité de chacun de ces solénoïdes est branchée à une borne extrême du secondaire du transformateur 2, tandis que les deux autres extrémités sont réunies au point commun 10.
Entre la prise médiane 11 de l'enroulement secondaire du transformateur 2 et le point commun 10 des deux extrémités des solénoïdes 3a et 3b, est branché un galvanomètre 4 à courant continu, aux bornes duquel est connecté un condensateur 5.
Autour des deux solénoïdes 3a, 3b est enroulé un troisième solénoïde 6 qui sera dénommé ci-après solénoïde de compensation, et qui est branché dans un circuit contenant une source à courant continu 7, un rhéostat de réglage 8, un inverseur 12 et un milliampèremètre 13.
Lorsqu'aucun champ magnétique n'agit sur les noyaux 9a et 9b, ces derniers se saturent symétriquement dans le temps, les courbes de magnétisation de chacun de ces noyaux étant décalées de 180 (, de sorte qu'aucun courant ne traverse la branche 10-11. Si un champ magnétique extérieur agit sur les noyaux 9a et 9b, la composante de ce champ suivant l'axe magnétique de ces noyaux produit une dissymétrie dans la magnétisation des noyaux 9a et 9b, ce qui provoque le passage d'un courant dans la branche 10-11. Ce courant, dont la composante alternative est éliminée par le condensateur 5, fait dévier le galvanomètre 4. L'opérateur fait passer un courant dans le solénoïde 6, de sens et de valeur tels que 1' ai- guille du galvanomètre 4 revienne au zéro de
sa graduation.
Le courant nécessaire dans le
solénoïde 6 pour annuler le courant dans la branche 10-11 est mesuré par le milliampèremètre 13. Ce courant est proportionnel à la
composante du champ suivant l'axe magnéti
que des noyaux 9a et 9b. L'appareil 13 peut
être gradué en gauss (ou en sous-multiple de
gauss), de sorte que la déviation de son ai
guille indiquera directement la composante du champ suivant l'axe magnétique des noyaux
9a et 9b.
Ce dispositif présente l'inconvénient d'exi
ger l'intervention de l'opérateur pour régler le
courant dans le circuit du solénoïde 6, chaque
fois que le champ magnétique détecté vient à
varier.
La présente invention concerne un dispo
sitif pour la mesure d'un champ magnétique
comprenant, d'une part, au moins deux enrou
lements pourvus chacun d'un noyau à grande
perméabilité magnétique initiale et agencés de
manière que le champ à mesurer modifie l'in
ductance d'au moins l'un d'entre eux, et, d'au
tre part, un solénoïde destiné à créer un champ
annihilant ladite modification d'inductance, et
enfin un instrument sensible à une différence
de potentiel dont le signe et la valeur dépendent
de la différence d'inductance des deux dits
enroulements.
Ce dispositif est caractérisé par le fait que
ledit instrument comprend un organe mobile
dont la position est liée à' la grandeur d'un élé
ment variable qui règle le courant dans le cir
cuit dudit solénoïde, de telle manière que cet
organe mobile prend automatiquement une
position d'équilibre pour laquelle ledit courant
produit dans le solénoïde un champ égal et
opposé au champ à mesurer.
Les fig. 2, 3, 4, 5 et 6 ci-annexées repré
sentent, à titre d'exemple, différentes formes
d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 7 représente une forme d'exécution
destinée à la mesure de courant continu à forte
intensité.
La fig. 8 est une variante de la fig. 7.
Sur la fig. 2, où les nombres 1, 2, 3a, 3b,
S, 6, 10, 11, 13 ont la même signification que sur la fig. 1, 14 désigne le cadre mobile dépourvu de couple antagoniste d'un galvanomètre dont l'aimant fixe est 14' et dont l'arbre 15 est solidaire d'un élément variable 16 qui, dans l'exemple représenté, est un condensateur. Le cadre mobile 14 est inséré dans le circuit 10-11 de la même façon que le galvanomètre 4 de la fig. 1. L'une des armatures 17 du condensateur 16 est montée sur l'arbre 15.
Ce condensateur comporte deux armatures fixes, dont l'une, 18, est reliée à un oscillateur 20 qui produit entre cette armature et la masse 22 une tension de haute fréquence, et dont l'autre, 19, est reliée à l'extrémité d'une impédance 21 dont l'autre extrémité est reliée à la masse 22. On obtient ainsi aux bornes de l'impédance 21 une différence de potentiel qui est fonction de la position de l'armature mobile 17 et, par conséquent, fonction de la position du cadre mobile 14. La tension aux bornes de l'impédance 21 est appliquée aux bornes d'entrée d'un amplificateur-détecteur 23, de tout type connu.
La tension continue recueillie aux bornes de sortie de cet amplificateur-détecteur est appliquée à un circuit comprenant le solénoïde 6 et le milliampèremètre 13 (gradué en gauss).
Lorsque le champ magnétique détecté vient à varier, il se produit un courant de déséquilibre dans la branche médiane 10-11 et le cadre mobile 14 dévie dans un sens ou dans l'autre, ce qui fait varier la capacité du condensateur
16, par suite de la déviation de l'armature 17. solidaire du cadre mobile 14. Il en résulte une variation de courant dans l'impédance 21 et par conséquent une variation de tension aux bornes de sortie de l'amplificateur-détecteur 23. Cette variation de tension entraîne une variation de courant dans le solénoïde 6 jusqu'à ce que le champ magnétique, produit par ledit solénoïde 6, compense rigoureusement la composante du champ magnétique extérieur qui a produit une dissymétrie dans la magnétisation des noyaux 9a et 9b.
Lorsque cette compensation est réalisée, le cadre mobile 14 du galvanomètre prend une position d'équili bre stable, à laquelle correspond une valeur bien déterminée du courant qui traverse le solénoïde 6 ét le milliampèremètre 13. On obtient donc ainsi un réglage automatique de ce courant. La déviation de l'aiguille du milliampèremètre 13 indique alors la valeur de la composante du champ magnétique à mesurer.
Dans la variante suivant la fig. 3, le dispositif représenté est le même que celui de la fig. 2, mais les solénoïdes 3a, 3b sont entourés, en outre, par un deuxième solénoïde 6' branché dans un circuit contenant une source à courant continu 31, un rhéostat 32, un inverseur 33 et un milliampèremètre 34.
L'intérêt de cette disposition est de pouvoir, tout d'abord, compenser la composante du champ terrestre suivant l'axe magnétique des noyaux 9a et 9b, ou du champ magnétique dont on veut ultérieurement déceler les variations. Dans l'exemple représenté, le courant dans le circuit du solénoïde 6' est réglé par l'opérateur en agissant sur le rhéostat 32 de façon que l'aiguille du milliampèremètre 13 revienne au zéro de la graduation. Dans ces conditions, l'aiguille du milliampèremètre 13 ne déviera que si le champ magnétique détecté vient à varier. Cette disposition permet d'accroître, dans de fortes proportions, la sensibilité du dispositif.
La valeur du champ total est obtenue à chaque instant en additionnant les indications des deux milliampèremètres 34 et 13.
Dans la variante suivant la fig. 4, le dispositif représenté repose sur le même principe que celui de la fig. 3, mais le circuit servant à compenser la composante du champ terrestre ou du champ magnétique dont on veut déceler les variations (circuit comprenant la source à courant continu 31, le rhéostat 32, l'inverseur 33 et le milliampèremètre 34) est branché en dérivation aux bornes du solénoïde 6. Cette disposition permet de supprimer le deuxième solénoïde, indiqué en 6' sur la fig. 3.
La fig. 5 représente une variante de la forme d'exécution représentée sur la fig. 4. Un shunt universel 101 à prises multiples et une résistance fixe 102 sont branchés en dérivation aux bornes du solénoïde 6. Le shunt universel 101 est en outre inséré dans le circuit de sortie de 1' amplificateur-détecteur 23 en série avec le milliampèremètre 13.
Dans la variante suivant la fig. 6, le solénoïde 6, qui sert à la compensation automatique, n'entoure que le noyau magnétique 9a. Le solénoïde 6' comporte deux enroulements 6'a et 6'b. De cette façon, on peut séparer les deux éléments sensibles et les placer éventuellement à une grande distance l'un de l'autre.
Les deux éléments sensibles sont placés d'abord dans le même champ et on règle le courant dans les enroulements 6'a et 6'b de façon à obtenir le passage au zéro du milliampèremètre 13.
Le dispositif étant ainsi taré, on déplace l'élément sensible comportant le noyau 9a à une certaine distance. Si le champ est le même que précédemment, le milliampèremètre 13 reste au zéro ; dans le cas contraire, il dévie et indique directement l'écart entre les deux champs.
L'élément variable associé au cadre mobile du galvanomètre dépourvu de couple antagoniste (qui, dans les exemples représentés, est l'armature mobile d'un condensateur) pourrait être constitué par l'enroulement mobile d'une bobine d'induction mutuelle placé dans le champ produit par l'enroulement fixe alimenté par du courant alternatif. Cet élément variable pourrait également être un miroir qui renvoie un faisceau lumineux sur une cellule photoélectrique, ou encore un dispositif bolométrique.
La fig. 7 représente schématiquement le dispositif de la fig. 2, utilisé pour la mesure d'un courant continu à forte intensité circulant dans une barre.
Sur cette figure, où les mêmes nombres ont la même signification que dans la fig. 2, B désigne une barre parcourue par un courant continu J à forte intensité. Ce courant continu produit, comme cela est connu, un champ magnétique H, dont les lignes de force sont des circonférences ayant la barre B pour axe. La valeur de ce champ est proportionnelle au courant continu J qui traverse la barre B et inversement proportionnelle à la distance du centre de la barre à l'élément sensible au champ magnétique. La détermination du champ magnétique produit par le courant J qui traverse la barre B permet donc d'obtenir facilement, si l'on connaît la distance du centre de la barre à l'élément sensible au champ magnétique, l'intensité dudit courant.
Dans la fig. 8, les noyaux 9a et 9b, en alliage ferromagnétique à grande perméabilité initiale, sont en forme de tore et entourent la barre B. Ils sont disposés dans des plans parallèles et suivant un axe de révolution commun.